Vezikulum
From Wikipedia, the free encyclopedia
From Wikipedia, the free encyclopedia
A vezikulum lipid kettősréteggel körülvett folyadékból vagy citoplazmából álló, sejten belüli vagy kívüli szerkezet. A sejtmembránban történő szekréció (exocitózis), felvétel (endocitózis) és transzport során keletkezik, ahol liposzómáknak nevezik. 1 kettősréteg esetén a vezikulum egy-, több esetén többlamellás liposzóma.[1] A vezikulummembrán is lamellás fázisú a sejtmembránhoz hasonlóan, és a sejtbeli vezikulumok egyesülhetnek a sejtmembránnal tartalmuk sejten kívülre helyezéséhez. Ezenkívül más sejtszervecskékkel is egyesülhetnek.
Számos funkciójuk van. Mivel a citoszoltól elkülönül, a vezikulum belseje különbözhet a citoszol könnyezetétől. Így a vezikulumokat a sejtek anyagaik rendezésére használják. Részt vesznek az anyagcserében, a transzportban, a felhajtóerő-irányításban[2] és az ideiglenes tápanyag- és enzimtárolásban. Reakciókamraként is működhetnek.
Oldószert (általában vizet) tartalmazó, amfifil molekulákból álló zárt szerkezet.[3]
A 2013-as orvosi Nobel-díjat James Rothman, Randy Schekman és Thomas Südhof megosztva kapták a vezikulumok szerkezetét és funkcióját, különösen élesztőben és emberben, beleértve a vezikulumok részeiről és azok elrendeződéséről szóló információt. A vezikulumdiszfunkció feltehetően közreműködhet az Alzheimer-kórban, a diabetes mellitusban, egyes nehezen kezelhető epilepsziaesetekben, egyes rákokban, immunológiai rendellenességekben és neurovascularis zavarokban.[4][5]
A vakuólumok többnyire vizet tartalmazó sejtszervecskék.[6]
Az elválasztó űröcskék a sejtből elválasztandó anyagokat tartalmaznak. A sejteknek több okuk lehet az anyagok elválasztására, például a salakanyagok eltávolítása vagy a sejtfunkció. Nagyobb élőlényben egyes sejtek adott anyagok termelésére specializálódtak. Ezen anyagok elválasztó űröcskékben tárolódnak, és szükség esetén felszabadulnak.
A sejten kívüli űröcske (EV) lipid kettősréteggel határolt részecske, melyet minden domén készít, beleértve a komplex eukariótákat, a Gram-negatív és -pozitív baktériumokat, a mikobaktériumokat és a gombákat.[8][9]
A különböző típusú EV-k sűrűség[10]:Table 1 (fokozatos differenciálcentrifugálással), méret vagy felszíni markerek alapján választhatók el.[13] Azonban az EV-altípusok méret- és sűrűségtartománya átfed egymással, az altípusra jellemző markerek sejtről sejtre határozandók meg. Így nehéz az adott EV keletkezésének útvonalát meghatározni, miután elhagyta a sejtet.[9]
Emberben az endogén EV-k feltehetően fontosak a koagulációban, a sejtbeli jelzésben és a salakanyag-kezelésben.[10] Fontosak lehetnek továbbá számos betegség, például a rák patofiziológiai folyamataiban.[14] Az EV-k fontosak lehetnek továbbá biomarkerek felfedezésében sejtbeli kommunikációban betöltött szerepük, könnyen hozzáférhető folyadékokba való kerülésük és a kibocsátó sejtekhez hasonló összetételük miatt.[15] A mezenchimális őssejtek EV-it, vagyis az őssejtszekretomot terápiás célokra használják és kutatják, főleg degeneratív, autoimmun vagy gyulladásos betegségekkel szemben.[16]
A Gram-negatív baktériumok a külső membrán leválasztásával termelnek EV-t, azonban az EV-k Gram-pozitív baktériumok, mikobaktériumok és gombák vastag sejtfalaiból való kikerülésének módja ismeretlen. Tartalmuk változó, lehet nukleinsav, toxin, lipoprotein és a mikrobák fiziológiája és patogenezise szempontjából fontos enzimek. A gazda-patogén interakciókban a Gram-negatív baktériumok kolonizációs niche-t kialakító EV-kat termelnek, ezek virulenciafaktorokat hordoznak és szállítanak, modulálva a gazda védekezését és válaszát.[17]
A cianobaktériumok folyamatosan termelnek fehérjéket, DNS-t és RNS-t tartalmazó vezikulumokat a nyílt tengerbe. A különböző baktériumok DNS-ét tartalmazók gyakoriak a parti és nyílt tengeri tengervízmintákban.[18]
Az RNS-világ-hipotézis szerint az első önreplikáló genomok RNS-ből álltak, ezek RNS-replikáció katalízisére képes ribozimeket alkottak. Ezen elsődleges biológiai katalizátorok feltehetően zsírsavakból és hasonló amfifilekből álló membránnal rendelkező vezikulumokban (protosejt) lehettek.[19] Az RNS-templát-másolással történő templátirányított RNS-szintézist Adamata és Szostak mutatták be.[19]
Gázvezikulumokat használnak az archeák, baktériumok és a plankton-mikroorganizmusok, feltehetően a függőleges mozgás gázmennyiség- és így felhajtóerő-szabályzással való irányítására vagy a maximális napfényhasználathoz való mozgásra. E vezikulumok általában citrom vgy hengeralakú fehérjecsövek;[20] átmérőjük határozza meg erejüket: a nagyobbak gyengébbek. A vezikulum átmérője határozza meg térfogatát és a felhajtóerő-biztosítás hatékonyságát is. A természetes kiválasztás a cianobaktériumokban a maximális átmérőjű stabil szerkezetű vezikulumokat részesítette előnyben. A fehérje a gázoknak permeábilis, a víznek nem, így ezek nem telnek meg vízzel.[2]
A mátrixvezikulumok az ECM-ben vannak. Elektronmikroszkóppal egymástól függetlenül fedezték fel 1967-ben H. Clarke Anderson[21] és Ermanno Bonucci.[22]
A vezikulumborítás fehérjékből áll, melyek a donormembrán görbületét határozzák meg, kerek vezikulumot adva. E fehérjék transzmembrán receptorokhoz is kapcsolódhatnak. Ezek lehetővé teszik annak eldöntését, hogy mely anyag endocitózisa történik receptormediált endocitózissal vagy sejtbe való transzporttal.
Háromféle vezikulumborítás van, ezek a klatrin, a COPI és a COPII. Ezek típusai teszik lehetővé a vezikulumok elrendezését végső helyükre. Klatrinborítás a Golgi-készülék és a sejtmembrán, a Golgi-készülék és az endoszóma és a sejtmembrán és az endoszóma közt szállító vezikulumoknál van. COPI borítás a Golgi-készüléktől az ER-ig való retrográd transzport esetén van, COPII borítás az ER-től a Golgi-készülékig való anterográd transzport esetén.
A klatrinborítás felthetően a szabályzó G-proteinre válaszolva alakul ki. Az ADP-ribozilációs faktor (ARF) hatására alakul ki a fehérjeborítás.
A SNARE felszíni fehérjék azonosítják a vezikulum tartalmát és a célmembrán komplementer SNARE-jeit, lehetővé téve a vezikulum és a cél fúzióját. Ezek feltehetően a vezikulummembránon vannak, a célmembránon lévő komplementerek a t-SNARE-ek.[23]
Gyakran a vezikulumokkal vagy célmembránokkal asszociált SNARE-eket Qa, Qb, Qc vagy R SNARE-ként sorolják be. A különböző SNARE-komplexek csoportjai különböző szöveeken és sejtbeli részekben találhatók. 36 humán izoforma ismert.[24]
A szabályzó Rab fehérjék vizsgálják a SNARE-csatlakozást. Ez szabályzó GTP-kötő fehérje, mely a komplementer SNARE-ek kötését elég hosszú ideig irányítja a megkötött GTP hidrolíziséhez és a vezikulum csatlakoztatásához.
A növényi SNARE-eket kevésbé tanulmányozták a gomba- és állati SNARE-eknél. Natasa Raihel ezzel kapcsolatban alapkutatásban vett részt, például Zheng et al. (1999)-ben, ahol ő és társai kimutatták, hogy az AtVTI1a fontos a Golgi-készülék⇄vakuólum transzportban.[25]
Kétféleképp történhet vezikulumfúzió: lehet teljes vagy átmeneti. A fúzióhoz a két membránnak 1,5 nm-nél közelebb kell lennie. Ehhez a vezikulumfelszíntől víznek kell távoznia. Ez energetikailag kedvezőtlen, ezért szükséges hozzá ATP, GTP és acetil-CoA. A fúziót a csírázással is összekapcsolták, innen a „csírázás és egyesülés” fogalma.[26]
A receptorként működő membránproteinek működését az ubikvitin csökkenti. A fent leírt módon endoszómához érve a vezikulumok az endoszómában vezikulumok keletkeznek, a bontásra szánt membránproteineket szállítva. Az endoszóma lizoszómává érésekor vagy azzal való egyesülésekor a vezikulumok lebomlanak. Enélkül a lizoszóma lumenjét csak a membránproteinek külső része érhetné el, és csak ez a rész bomlanék le.[27]
E vezikulumok miatt tekinthető az endoszóma többvezikulumos testnek. Keletkezésük módja nem teljesen ismert, szemben a fent leírt vezikulumokkal, a vezikulumok külső felszíne nem érintkezik a citoszollal.
A membránvezikulumok előállítása a sejtmembránvizsgálati módszer. Miután az élő szövet szuszpenzióba kerül, egyes membránok kis zárt buborékokat alkotnak. A nagyobb sejttöredékek kis sebességű centrifugálással megszüntethetők, majd az ismert eredet (plazmalemma, tonoplasztisz stb.) frakciója precíz nagy sebességű centrifugálással izolálható. Ozmotikus sokkal a ideiglenesen felnyithatók a vezikulumok, feltölthetők a kívánt oldattal, ismét centrifugálhatók, és új oldatba helyezhetők. Ionoforokkal, például valinomicinnel az élő sejteken belülihez hasonló elektrokémiai gradiens hozható létre.
A vezikulumokat általában két kutatási típusban használják:
A mesterséges vezikulumok háromféle csoportba tartozhatnak méretük alapján: a kis egylamellás vezikulumok (SUV) mérete 20-100 nm, a nagy egylamellás vezikulumoké (LUV) 100-1000 nm, az óriás egylamellás vezikulumoké (GUV) 1-200 μm.[30] Az élő sejtek szállítóvezikulumaival azonos mérettartományba tartozó kisebb vezikulumokat gyakran használnak biokémiában és hasonló területekben. Ehhez homogén foszfolipid vezikulumszuszpenzió állítható elő extrúzióval, szonikációval[31] vagy foszfolipidoldat gyors injekciójával vizes pufferoldatba.[32] Így különböző foszfolipid-összetételű vizes vezikulumoldatok és különböző méretű vezikulumok állíthatók elő. A nagyobb szintetikus vezikulumokat, például a GUV-okat gyakran használják in vitro a sejtbiológiában sejtmembránok utánzására. E vezikulumok elég nagyok, hogy fluoreszcenciamikroszkóppal tanulmányozhatók legyenek. Számos módszer létezik a biológiai reagensek, például a fehérjeoldatok vezikulumokba zárására, így a GUV-ok ideális rendszerek a sejtfunkciók in vitro utánzására és vizsgálatára sejtszerű modellmembrán-környezetekben.[33] Ilyen módszerek még a mikrofolyadékos módszerek, mellyel sok állandó méretű vezikulum állítható elő.[34]
